DE60037323T2

DE60037323T2 - Verfahren zur herstellung einer transformatorenspule mit einweg-wickel- und -band-werkzeug und integriertem wickelkern

Info

Publication number: DE60037323T2
Application number: DE60037323T
Authority: DE
Inventors: Thomas J. Cary LANOUE; Wayne Bland LAMBERT; Charles Rocky Gap SARVER
Original assignee: ABB Inc USA
Current assignee: ABB Inc USA
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: ATE380651T1; KR20020077871A; DE60037323D1; ATE380105T1; ES2296663T3; EP1218157A4; HK1047561A1; HK1049130A1; EP1216140A4; KR100470494B1; ES2296675T3; EP1218157A1; DE60037434T2; WO2001024985A1; KR100478621B1; KR20020077870A; WO2001023167A1; EP1218157B1; EP1216140B1; EP1216140A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tranformatorwicklungen, die in ein Gießharz eingebettet sind, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Transformatorspule, die in ein Gießharz eingebettet ist, wobei die wegwerfbare Form sowohl als Wickeldorn als auch als eine innere Formschale zur Harzeinkapselung dient. Die Erfindung ist insbesondere zur Herstellung von nichtstandardgemäßen, ovalen oder runden, in Epoxid eingekapselten Niederspannungsspulen für Trockenverteilungs-Transformatoren geeignet.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Der momentane Stand der Technik beinhaltet präzisionsgefertigte, wieder verwendbare, runde Dorne in Standardgrößen in festgelegten Größenabständen. Beispiele für bekannte Verfahren zum Einkapseln von Transformatorspulen sind in den US-Patentschriften 4,337,219 , 4,540,536 , 5,036,580 und 5,633,019 offenbart.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Niederspannungs-Transformatorspule unter Verwendung eines Formvorgangs mit einem integrierten Wicklungsdorn zum Erzeugen einer nichtstandardgemäßen, ovalen oder runden, in Epoxid eingekapselten Niederspannungsspule für Trockenverteilungs-Transformatoren zu schaffen. Der Vorgang beinhaltet das Wickeln einer runden oder ovale Spule über einer wegwerfbare Form, die sowohl als Wicklungsdorn als auch als eine innere Formschale zur Epoxideinkapselung dient. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die inneren und äußeren Formen aus kostengünstigem Blechmetall zu fertigen. Der Erfindungsvorgang weist viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Standard-Wicklungsdornen und Gussformen mit festgelegter Größe auf. Zu den Merkmalen und Vorteilen der vorliegenden Erfindung gehören die Verwendung von kostengünstigem Blech in einem „Wicklungs- und Bindevorgang", um einen ovalen oder runden Dorn und eine Form von flexibler Größe zu bilden. Die vollständigen Wicklungs- und Formvorgänge können alle auf einer Standardwickelmaschine durchgeführt werden. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht die Vorteile von flexiblen, ovalen oder runden Abmessungen, von flexiblen und inkrementalen, ovalen oder runden Formen, die im Wesentlichen geringere Dorn- und Formkosten ermöglichen, den Verzicht auf die kostspielige Lagerung von Standardformen, die Aufhebung des Bedarfs an Standard-Wickeldornen, eine gesteuerte Epoxiddicke für eine erhöhte dielektrische Festigkeit und Zuverlässigkeit, verbesserte Möglichkeiten für den Hersteller, Reduktion des Expoxidaufwands, und sie vereinfacht die Möglichkeit, Transformatorspulen in einer runden bis ovalen Konfiguration herzustellen.
Gemäß den vorstehenden Aufgaben und Vorteilen sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Transformatorspule vor, die in ein Gießharz eingekapselt ist, unter Verwendung einer wegwerfbaren Gießform, das die Schritte des Ausbildens eines kreisförmigen Dorns durch Aufbringen einer Mehrzahl von kreisförmigen Stützplatten, die auf der Welle beabstandet sind, auf eine Dornwelle aufweist. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Ausbildens einer wegwerfbaren inneren Form durch Wickeln von Blech um die kreisförmigen Stützplatten während des Wickelungseinrichtungsvorgangs, um eine integrierte Wicklungsform/Dorn/innere Form zur Verwendung im Wicklungsvorgang herzustellen, und des Anordnens der integrieren Wicklungsform/Dorn/inneren Form in einer Wickelmaschine. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Wickelns einer Spule um die innere Form, während sie sich in der Wickelmaschine befindet, und des Ausbildens einer äußeren Form durch Wickeln einer Mehrzahl von Blechlagen über die fertiggestellte Spule und des mechanisches Anbringens der Lagen auf die fertiggestellte Spule mit einem Glasklebeband, um das Blech in seiner Startposition zu halten. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des spiralförmigen Wickelns von nichtklebendem Band über der äußeren Form, um es an Ort und Stelle zu sichern, und des Fertigsstellens der äußeren Form durch Binden der äußeren Form mit einem Bindestreifen in einer Mehrzahl von beabstandeten Positionen und des Entfernens der gefertigten Spulen- und Formanordnung von der Wickelmaschine. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte des Aufrichtens der Spulen- und Formanordnung und des Anbringens einer Basis daran, des Bereitstellens einer Dichtung zwischen der Basis und der Spulen- und Formanordnung, um ein Austreten von Epoxid während des Einkapselungsvorgangs zu verhindern, und des Befüllens der Form mit Epoxid, um die Spule in Gießharz einzukapseln.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die wegwerfbare innere Form durch drei überlappende Lagen aus Blech ausgebildet, die an den Stützplatten der inneren Form angebracht sind, so dass das Blech eng um die Stützplatten der inneren Form gewickelt werden kann, wodurch ein Verrutschen des Metalls während des Wickelvorgangs aufgehoben wird, das gewickelte Blech an Ort und Stelle mit nichtklebendem Band vorübergehend gesichert wird, ein Kunststoffband über die gesamte Länge der gewickelten inneren Form gewickelt wird, um eine Abdichtung der gewickelten inneren Form für den anschließenden Epoxideinkapselungsvorgang bereitzustellen, und ein Formauslösungsmittel auf das Kunststoffband aufgetragen wird, um eine Epoxidadhäsion aufzuheben, um dadurch den Ausformungsvorgang zu vereinfachen, wodurch die integrierte Form/Dorn/innere Form fertig gestellt wird, so dass sie für den Wicklungsvorgang bereit ist.
Zwecks einer ausführlicheren Offenbarung der Erfindung und weiterer Aufgaben und Vorteile wird auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung Bezug genommen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Wicklung von Blech auf einen Dorn darstellt, um eine integrierte Form/Dorn/innere Form zur Verwendung bei der Herstellung einer Transformatorspule, die in Gießharz eingekapselt ist, unter Verwendung einer wegwerfbaren Gießform gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung herzustellen.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Fertigstellung der integrierten Wicklungsform/Dorn/inneren Form darstellt, die in einer Wicklungsmaschine positioniert ist.
3 eine perspektivische Ansicht, die den Schritt des Wickelns von Isolierband und eines Leiters auf die innere Form darstellt, um die Spule des Transformators herzustellen.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Spule darstellt, die um die innere Form und eine äußere Form über der Spule mit Kühlkanalstäben, die zwischen den Lagen der Spule eingefügt sind, gewickelt ist, um eine fertige Spulen- und Formanordnung herzustellen.
5 ist eine perspektivische Ansicht der hergestellten Spulen- und Formanordnung von 4, die von der Wicklungsmaschine entfernt und in eine aufrechte Position auf einer Basis platziert wird, die für eine Epoxideinkapselung bereit ist.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Spulen- und Formanordnung nach der Einkapselung der Spule und Entfernung der Kühlkanalstäbe von 5 darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Ausführungsform ist insbesondere zur Herstellung von ovalen oder runden, in Epoxid eingekapselten Niederspannungsspulen für Trocken-Verteilungstransformatoren geeignet ist. Die hierin zu beschreibende Ausführungsform beschreibt einen Fertigungsvorgang für eine wegwerfbare ovale Form für eine Niederspannungsspule. Die vorliegende Erfindung verkörpert ein Formungskonzept unter Verwendung von Stahlblech mit geringer Stärke sowohl zum Wickeln eines Dorns als auch von Formschalen auf der Innen- und Außenseite einer Niederspannungsspule. Der Vorgang ist einfach und kostengünstig, wodurch ein Verfahren bereitgestellt wird, das keine Standardgrößeneinschränkungen aufweist. Die vorliegende Erfindung ist für runde oder ovale Wicklungskonfigurationen geeignet. Wie nachstehend beschrieben verwendet die vorliegende Erfindung die inneren Formen als integralen Bestandteil des Spulenwickungsvorgangs.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Spulenwicklungsmaschine 10 mit einer herkömmlichen viereckigen Dornwelle 12 dargestellt. Um eine Spule oder Wicklung mit einer ovalen Konfiguration herzustellen, wird eine elliptische oder ovale Halterung auf den Dorn 12 angelegt. Diese ovale Blechhalterung ist die Vorrichtung, die die ovale Konfiguration für die Wicklung ausbildet. Wie aus 1 zu entnehmen ist, gibt es vier ovale Halterungen oder innere Stützplatten 14, die vorzugsweise aus einem Stahl der Stärke 11 hergestellt sind, und die auf der herkömmlichen, viereckigen Dornwelle 12 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. In der Praxis ist die untere Platte 14 vorzugsweise 50.8 mm (2'') vom unteren Ende der Form montiert, wenn sich die fertig gestellte Spulen- und Formanordnung in ihrer vollständig fertig montierten vertikalen Position befindet, wie in 5 gezeigt ist. Somit ermöglicht die untere Platte eine mechanische Stütze während des Harzgießvorgangs und verhindert, dass die innere Form sich aufgrund des Kopfdrucks des Harzes nach innen verbiegt, wodurch ein Auslaufen bewirkt wird. Die inneren Stützplatten 14 werden verwendet, um die Größe und Form der inneren Fläche der Spule, auf die gewickelt werden soll, festzulegen. Um die Stützplatten 14 in einer voneinander beabstandeten Position beizubehalten, sind dazwischen geeignete Abstandsstückrohre, die nicht gezeigt sind, auf den Dorn 12 montiert.
Es können verschiedene Längen von Abstandsstückrohren verwendet werden, um verschiedene axiale Längen der Spulen unterzubringen. Die Führungsstützplatten, die nicht gezeigt sind, sind normalerweise zum Halten der Anfangsführung in ihrer Position während des Wicklungvorgangs vorgesehen. Die Führungsstützplatten sind in der Nähe der Enden des Dorns 12 positioniert und verhindern, dass die Führung aufgrund der Spannung der Wickelmaschine um den Dorn herum gleitet.
Die wegwerfbare Form ist vorzugsweise aus einem 0.38 mm (0.015'') starken Standardstahlmaterial gefertigt, das ohne Weiteres geformt und recycelt werden kann. Das Material wird sowohl in den inneren als auch den äußeren Formschalen im vorliegenden „Wickel- und Bindevorgang" verwendet. Das 0.38 (0.015'') starke Material 16 wird während des Wicklungseinrichtungsvorgangs um die inneren Stützplatten 14 gewickelt. Die Integration oder Wickelung des Blechmaterials 16 auf die inneren Stützplatten 14 bildet die Dornbasis für die Spulenwicklung und wird anschließend zur inneren Form 20, 2, für den Einkapselungsvorgang. Somit vereinfacht dieser integrierte Vorgang das zusätzliche Merkmal des „Wickelns auf die Form". Das Stahlmaterial 16 mit geringer Stärke wird kontinuierlich mit drei überlappenden Lagen aufgebracht, die an den inneren Formstützplatten 14 der inneren Form durch einen nicht gezeigten Schlitz in den Stützplatten mechanisch angebracht werden. Dadurch wird das Stahlblech 16 in einer Position befestigt, so dass das Blech dicht um die inneren Stützplatten 14 gewickelt werden kann; wodurch ein Verrutschen von Material während des Einwickelvorgangs aufgehoben wird. Das gewickelte Stahlblech 16 wird mit einem nichtklebenden Glasband vorübergehend festgehalten. Ein Kunststoffband, z. B. ein Mylarband, wird auf die gesamte Länge der gewickelten inneren Form 20 aufgebracht. Das Mylarband sorgt für eine Abdichtung der gewickelten Form 20 für den anschließenden Epoxideinkapselungsvorgang. Ein Formauslösungsmittel wird auf das Mylarband aufgetragen, um eine Epoxidadhäsion unwirksam zu machen, wodurch der Ausformungsvorgang vereinfacht wird.
Nachdem die innere Form 20 fertig gestellt worden ist, ist sie soweit fertig, dass die Spule darauf gewickelt werden kann. Die innere Form 20 wird zunächst mit Glasgitterisolierung 22, 2, eingewickelt, dann wird darauf eine herkömmliche Spule gewickelt. Wie aus 3 zu ersehen ist, wird die Spule von abwechselnden Lagen aus Kupferleiter 24 und Isolierband 26 auf einer herkömmlichen Wickelmaschine 10 gewickelt. Während des Wickelvorgangs werden Kühlkanalstäbe in jede zweite Schicht des Leiters eingefügt, um in dem fertig gestellten Transformator Kühlkanäle bereitzustellen. Die Kühlkanalstäbe 28 sind in 4 dargestellt.
Nachdem die Spule 30 fertig gestellt worden ist, wird sie mit einer äußeren Lage aus einer Glasgitterisolierung ähnlich zur Lage 22 in 2 eingewickelt. Die äußere Form ist dann bereit, um über die fertig gestellte Spule gewickelt zu werden. Die äußere Form ist aus dem gleichen Stahlblechmaterial konstruiert wie bei der Herstellung der inneren Form 20 verwendet wird. Das Stahlblech wird erneut in drei überlappenden Schichten aufgebracht, die an der fertig gestellten Spule mit Glasklebeband mechanisch angebracht werden, um das Blech in seiner Ausgangsposition zu halten. Nachdem das Stahlblech über die fertig gestellte Spule 30 gewickelt worden ist, wird ein nichtklebendes Glasband 32 spiralförmig um die äußere Form 34 gewickelt, um es in Position zu halten. Die äußere Form 34 wird letztlich durch Einbinden der Form mit einem Bindestreifen 36 in fünf gleichmäßig voneinander beabstandete Positionen fertig gestellt, wie in 4 gezeigt ist. Die fertig gestellte Spulen- und Formanordnung 38 wird dann von der Wicklungsmaschine 10 entfernt und zum Montieren und Anbringen an einer Basisplatte 40 aufgerichtet, wie in 5 gezeigt ist. Eine mechanische Anordnung, die nicht gezeigt ist, die vorzugsweise eine mit einem Gewinde versehene Verbindungsstange beinhaltet, ist zum Abwärtsdrängen der Spulen- und Formanordnung 38 zur Basisplatte 40 vorgesehen, um eine Silikonpackung, die nicht gezeigt ist, gegen die Basisplatte 40 zu pressen, um zu verhindern, dass das Epoxid während des Einkapselungsvorgangs austritt. Sobald die abschließende Montage fertig gestellt ist, wie in 5 gezeigt ist, ist die Anordnung für die Epoxideinkapselung bereit. Der Einkapselungsvorgang ist ein herkömmlicher Vakuum-Einkapselungsvorgang, der bei der Herstellung von Transformatorspulen verwendet wird.
Nachdem die Form- und Spulenanordnung 38 eingekapselt worden ist, werden die Kühlkanalstäbe 28 in 5 entfernt, wie in 6 gezeigt ist. Die Kühlkanalstäbe sind zuvor mit Silikon beschichtet worden, um bei der Abnahme von der eingekapselten Transformatorspule zu helfen. Nach der Entfernung der Kühlkanalstäbe werden die Bindestreifen 36, die die äußere Form 34 halten, kaputt gemacht. Die mechanische Struktur, die die Form- und Spulenanordnung 38 an der Montageplatte 40 sichert, wird entfernt, und die äußere Formschale 34 wird dann aus der eingekapselten Spule gewickelt. Die eingekapselte Spule 30 wird dann von der Formbasis 40 entfernt und dann die innere Formschale 20 aus dem Inneren der Spule ausgewickelt.
Anhand der vorstehenden Erläuterung ist zu erkennen, dass das Konzept einer wegwerfbaren Niederspannungskonzept mit integriertem Wickeldorn zahlreiche vorteilhafte Merkmale aufweist. Diese Merkmale beinhalten das Wickeln auf eine wegwerfbare innere Form, wegwerfbare innere und äußere Formschalen, ein Wickel- und Bindekonzept unter Verwendung von leichtem Blech, Wicklungs- und Formungsvorgänge, die auf der Wicklungsmaschine vorgenommen werden, eine flexible Gesamtspulenkonfiguration- und Wicklungsvorgang mit einem integrierten wegwerfbaren Wicklungsdorn, unendlichen Inkrementen in runden und ovalen Spulengrößen, einer einheitlichen und gesteuerten Epoxiddicke und einem Dorn und einer Form, die kostengünstiger sind und eine flexible Größe aufweisen. Einer der Vorteile des „Wickel- und Bindekonzepts" sind dessen geringe Herstellungskosten und Flexibilität, um ovale und runde Wicklungskonstruktionen vorzunehmen. Die Kosten werden sowohl bei dem ovalen Vorgang als auch bei der Verwendung von Materialien reduziert, um wegwerfbare Dorne und Formschalen beliebiger Größe zu fertigen. Der Vorgang ist dahingehend einfach, dass geringes Gewicht und kostengünstiges Blechmetall verwendet werden kann, um sowohl einen integrierten Dorn als auch Formschalen während des Wicklungsvorgangs verwendet werden kann. Daher werden Einrichtzeiten und Wicklungs-/Formherstellung in einen Vorgang der Wicklungsmaschine integriert. Ein zusätzlicher Vorteil resultiert aus der gesteuerten und reduzierten Epoxiddicke, die ermöglicht, dass weniger Epoxid verwendet wird, um die Niederspannungsspule einzukapseln, und ermöglicht zuverlässigere dielektrische Eigenschaften.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt worden ist, wird darauf hingewiesen, dass weitere Modifizierungen ohne Abweichen vom Schutzbereich der angehängten Ansprüche vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Transformatorspule, die in ein Gießharz einkapselt ist, unter Verwendung einer Wegwerf-Gießform dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist: Ausbilden eines kreisförmigen Dorns durch Aufbringen einer Mehrzahl von kreisförmigen Stützplatten (14), die auf der Welle beabstandet sind, auf eine Dornwelle (12), Ausbilden einer wegwerfbaren inneren Form (20) durch Wickeln von Blech (16) um die kreisförmigen Stützplatten während des Wicklungseinstellvorgangs, um eine integrierte Windungsform/Dorn/innere Form herzustellen, zur Verwendung im Wicklungsvorgang, Anordnen der integrierten Wicklungsform/Dorn/inneren Form in einer Wicklungsmaschine, Wickeln einer Spule (30) um die innere Form, während sich diese in der Maschine befindet, Ausbilden einer äußeren Form (34) durch Wickeln einer Mehrzahl von Blechschichten um die fertig gestellte Spule und mechanisches Anbringen der Schichten auf die fertig gestellte Spule (30), Spiralförmiges Wickeln eines nichtklebenden Glasbands (32) über die äußere Form, um diese an Ort und Stelle zu sichern, und Fertigstellen der äußeren Form durch Binden der äußeren Form mit Bindestreifen (36) an einer Mehrzahl von beabstandeten Positionen, Abnehmen der hergestellten Spulen- und Formanordnung von der Wickelmaschine, Aufrichten der Spulen- und Formanordnung und Anbringen einer Basis (40) an derselben, Bereitstellen einer Dichtung zwischen der Basis und der Spulen- und Formanordnung, um ein Austreten von Epoxid während des Einkapselungsvorgangs zu verhindern, und Befüllen der Form mit Epoxid, um die Spule in Gussharz einzukapseln.
Verfahren zur Herstellung einer Transformatorspule, die in ein Gussharz eingekapselt ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wegwerfbare innere Form (20) durch drei überlappende Schichten aus Blech gebildet wird, die an den Stützplatten der inneren Form angebracht sind, so dass das Blech eng um die Stützplatten der inneren Form gewickelt werden können, wodurch ein Verrutschen des Metalls während des Wicklungsvorgangs aufgehoben werden kann, vorübergehendes Sichern des gewickelten Metalls (16) an Ort und Stelle mit einem nichtklebenden Band, Wickeln von Kunststoffband (22) über die gesamte Länge der gewickelten inneren Form, um eine Dichtung der gewickelten inneren Form für den anschließenden Epoxideinkapselungsvorgang bereitzustellen, und Auftragen eines Formauslösungsmittels auf das Kunststoffband (22), um eine Adhäsion des Epoxids aufzuheben, wodurch der Entformungsvorgang vereinfacht wird, wodurch die integrierte Wicklungsform/Dorn/innere Form fertig gestellt wird, so dass sie für den Wicklungsvorgang bereit ist.
Verfahren zur Herstellung einer Transformatorwicklung, die in ein Gießharz eingekapselt ist, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisförmige Dorn oval geformt ist und durch Aufbringen einer Mehrzahl von ovalen Stützplatten an der Dornwelle ausgebildet wird und eine wegwerfbare innere Form zu einer ovalen Form ausgebildet wird, indem ein Blech um die ovalen Stützplatten während des Wicklungseinstellvorgangs gewickelt wird, um eine integrierte Form/Dorn/innere Form zur Verwendung im Wicklungsvorgang herzustellen.
Verfahren zur Herstellung einer Transformatorwicklung, die in ein Gießharz eingekapselt ist, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kreisförmige Dorn rund geformt ist und durch Aufbringen einer Mehrzahl von rund geformten Stützplatten auf die Dornwelle gebildet wird und eine wegwerfbare kreisförmige innere Form durch Wickeln von Blech über die kreisförmigen Stützplatten während des Wicklungseinstellvorgangs gebildet wird, um eine integrierte Wicklungsform/Dorn/innere Form zur Verwendung beim Wicklungsvorgang herzustellen.
Verfahren zur Herstellung einer Transformatorwicklung, die in Gießharz eingekapselt ist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Form (34) gebildet wird, indem eine Mehrzahl von Blechschichten über die fertig gestellte Spule gewickelt wird und die Schichten an der fertig gestellten Spule mit Klebeband (32) mechanisch angebracht werden.
Verfahren zur Herstellung einer Transformatorwicklung, die in ein Gießharz eingekapselt ist, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffband (22), das über die gesamte Länge der gewickelten inneren Form gewickelt ist, um eine Dichtung der gewickelten inneren Form für den anschließenden Epoxideinkapselungsvorgang zu schaffen, ein Mylar-Band ist.